Вчені з дослідницького центру біорізноманіття в Лейпцигу (Німеччина) створили математичну модель, що дозволяє передбачати швидкість тварин на суші, у воді і в повітрі. Рівняння дозволяє розрахувати максимальну швидкість, яку здатна розвинути тварина, виходячи тільки з її маси. Нова модель дозволила нарешті пояснити, чому найбільші тварини - не найшвидші. З викладками можна ознайомитися у статті, опублікованій в.
Швидкість пересування тварин є важливою екологічною характеристикою виду, що пояснює його взаємини з хижаками або жертвами, партнерами, схильність до міграції. Наземні тварини пересуваються, покладаючись тільки на свої м'язи, і при цьому здатні розвивати дуже великі швидкості (рекордсмен серед ссавців, гепард здатний розігнатися більш ніж до 100 кілометрів на годину). Найпростіша модель залежності швидкості від сили передбачає, що чим більше тварина, тим більше у неї м'язів, а значить, тим більшу швидкість вона здатна розвинути.
Тим не менш, ця модель в певний момент перестає працювати - виходячи з цієї залежності, слон повинен бігати швидше всіх наземних тварин, проте слони більш ніж в два рази повільніше гепардів.
Щоб скоригувати залежність сили від швидкості, вчені розробляли більш складні моделі, ґрунтуючись на біомеханіці пересування і морфології окремих тварин. Нова модель німецьких вчених як і раніше базується на залежності швидкості від кількості м'язів, проте враховує особливість енергоспоживання мускулатури і час, необхідний для прискорення.
Біг на довгі дистанції вимагає ефективного використання ресурсів за участю кисню, в той час як максимальна швидкість досягається за рахунок використання м'язами доступного в даний момент запасу енергії у вигляді креатинфосфату. Однак якщо тварина досить велика, їй потрібно більше часу на розгін і доступної енергії на цей час може просто не вистачити. У результаті максимальна швидкість виявляється нижчою, ніж могла б, виходячи з об'єму м'язової маси. Нова модель пророкує, що залежність швидкості від маси до певного значення є практично лінійною, однак має критичну точку, після якої починає загинатися, утворюючи горб.
Середовище, в якому пересувається тварина, також накладає свої обмеження. Для суші, води і повітря автори отримали три різних залежності, які, тим не менш, вкладаються в загальну тенденцію. Спочатку отримане рівняння було перевірено на реальних даних про відомі швидкості тварин, що належать до 474 видів, масою від 30 мікрограмів до 100 тонн. Виявилося, що модель узгоджується з реальністю в 90 відсотках випадків, а значить, володіє хорошою передбачливою силою.
Користуючись цим, автори підрахували швидкість, з якою могли б бігати вимерлі тварини, зокрема, кілька видів динозаврів. Виявилося, що тираннозавр, який важив близько шести тонн, був досить повільним і міг бігати зі швидкістю 27 кілометрів на годину. Попередній варіант моделі, що враховує лінійну залежність сили від швидкості, приписував ящеру набагато більші можливості - майже 130 кілометрів на годину. Попередня модель також стверджувала, що трицератопс, який важив вісім тонн, втік би від тираннозавра. Однак за новими оцінками, максимальна швидкість трицератопсу становила лише 24 кілометри на годину.
Незважаючи на хорошу передбачувальну силу, нова модель має і викиди, тобто дані, які з нею не узгоджуються. Ймовірно, в деяких випадках швидкість тварин коригується морфологічними особливостями, які могли виникнути, наприклад, в результаті спільної еволюції хижака і жертви. Людина також погано вкладається в цю модель. Наприклад, швидкість найшвидшої людини на Землі з нині живуть, восьмиразового олімпійського чемпіона з бігу на короткі дистанції Усейна Болта, досягає 44 кілометри на годину, притому що важить Болт, за даними з його офіційного сайту, всього в два рази більше середнього гепарда - 94 кілограми. Очевидно, предки людини досить давно перестали покладатися на біг. Раніше ми писали, що для людей-бігунів математики розробили іншу модель, здатну передбачити, наприклад, з якою швидкістю Болт пробіжить марафон.